Неон нужен: Как мировая микроэлектроника попала в зависимость от российских инертных газов
Ограничение поставок этих веществ из России грозит крахом всей микроэлектронной промышленности мира: на планете их производят всего три страны, одна из них — Украина.
Зачем неон в микроэлектронике
Эта машина называется литографом. Она печатает микросхемы. Внутри происходит нечто схожее с фотопечатью, только вместо листа бумаги — кремниевая пластина, покрытая тонким слоем светочувствительного полимерного материала. Лазеры «выжигают» на ней нужный рисунок.
Литограф для производства микросхем. Фото © ASML
Лазеры для этого используются газовые. Работают они примерно так. Есть стеклянная ёмкость, заполненная какими-то инертными газами. Инертные — это значит в своём обычном состоянии, так сказать, «никакие»: без цвета, без вкуса, без запаха, почти ни с чем не реагируют. За это же отсутствие хоть каких-то отличительных особенностей их также величают благородными. Самые благородные из них — неон и гелий, чуть менее инертны аргон, криптон, ксенон и радиоактивный радон.
Но дело в том, что они такие, если на них ничем не воздействовать. А вот если через неон, например, идёт электрический ток, то газ светится. И так можно порождать не только огни большого города, но и узконаправленные — лазерные — лучи.
Гелий-неоновый лазер. Фото © Википедия
К примеру, бывают так называемые эксимерные лазеры. Это от двух английских слов: excited и dimer. Excited — «возбуждённые», а dimer — это двойная молекула. То есть инертный газ в спокойном состоянии — из одиночных молекул, но под действием электроразряда они соединяются в пары и вместе отдают энергию в виде вынужденного излучения. Такие лазеры активно работают не только в микроэлектронной промышленности, но и в лазерной хирургии. Скажем, в коррекции зрения. И в них тоже используют неон.
А этот исполинский «шкаф», в котором при его размерах, в общем-то, жить можно, — поистине уникальная вещь, без которой не могут существовать ни Intel, ни Samsung, ни тайваньская TSMC (один из крупнейших мировых производителей полупроводников). Кстати, эти полупроводники есть в том числе в гаджетах Apple.
Установка для литографии нидерландской компании ASML. Фото © flickr / IBM Research
И шкаф этот — тоже установка для литографии, суперсовременная, продвинутая. И делает её на планете Земля лишь одна-единственная компания — нидерландская ASML. Опять-таки к слову: её создавали при очень значительном участии российских учёных, в частности, Института спектроскопии РАН. В ней лазеры излучают ультрафиолетовый свет, притом с такой короткой длиной волны, что ещё немного — и это будет уже рентген. Это называется экстремальной ультрафиолетовой литографией.
А физика производства микросхем такова, что чем короче длина волны луча, тем более мелкие структуры можно «нарисовать» на чипе. Отсюда и весь прогресс, то есть создание всё более компактных и при этом всё более мощных устройств.
В описании этой машины говорится, что там лазер проходит через углекислотную смесь: диоксид углерода, азот, гелий, иногда водород и ксенон. То есть неон в данном случае не фигурирует. И тем не менее нидерландская компания в нём очень нуждается.
Где в мире производят неон
До недавних пор около 20% неона для своих литографов ASML закупала у Украины. Более того, именно Украина поставляла США 90% этого газа для полупроводников. Надо сказать, Украина — крупнейший в мире производитель именно чистого неона — без примесей. Как объясняют эксперты, так сложилось исторически. В Одессе и Мариуполе есть два предприятия, которые его очищают: Cryoin Engineering и Ingas. Оба они закрылись из-за известных событий. Из-за этого неон ещё в марте подорожал в девять раз.
Но также исторически сложилось и то, что сырьё для этих предприятий поставлялось из России. А сырьё — это неоново-гелиевая смесь. Её получают на металлургических заводах, там есть специальные воздухоразделительные установки. В них воздух охлаждается до такой температуры, что одни вещества переходят в жидкое состояние, а вот неон и гелий остаются в газообразном и накапливаются наверху.
То есть мировая микроэлектроника осталась не только без украинского чистого неона, но и как минимум до конца 2022 года — без российской неоново-гелиевой смеси, из которой этот чистый неон делают. Россия ограничила экспорт инертных газов. Как сообщает Минпромторг, теперь, если поставки и будут, то в каждом отдельном случае только по решению правительства. При этом вообще на мировом рынке благородных газов есть только три страны-поставщика: Украина, Россия и Китай.
А меж тем микроэлектронные гиганты Intel, Samsung и TSMC собрались строить в Штатах новые заводы, поэтому, как ожидается, спрос на инертные газы вырастет в ближайшие годы на 37%.
Поддерживаете ли вы решение об ограничении российских поставок инертных газов?
Мировое производство чипов спасено. Россия резко увеличит производство дефицитного неона
В 2023 г. Россия намерена наладить выпуск до 25% необходимого мирового объема высокочистого неона. Этот газ применяется, в том числе, при производстве микросхем. В мире он в большом дефиците из-за остановки украинских заводов, обеспечивавших до 50% мировых потребностей в нем.
Российский неон для иностранных процессоров
Россия намерена в кратчайшие сроки увеличить производство неона – газа, используемого не только в вывесках, но и при производстве микросхем. Уже в течение 2023 г. Россия сможет обеспечить выпуск почти 25% необходимого мирового объема неона.
Столь радужные перспективы озвучил российский вице-премьер глава Минпромторга Денис Мантуров в рамках совещания Президента России Владимира Путина с членами российского Правительства.
По словам Мантурова, в России уже ведется полномасштабное производство особого высокочистого неона. Именно этот газ используется в процессе выпуска микросхем. Его производство, уточнил вице-премьер, стартовало 25 июля 2022 г. на базе МГТУ им. Н. Э. Баумана.
В частности, высокочистый неон задействован в лазерных установках, используемых при производстве процессоров, контроллеров и другого рода микросхем. Они применяются во всей современной технике, в том числе в автомобилях и смартфонах.
Грандиозные планы
Денис Мантуров подчеркнул, что на начальном этапе на площадке в Бауманке, по плану, будет выпускаться в пределах 70 тыс. куб. м неона в год. Это приблизительно 10% мирового рынка. До конца 2023 г. этот объем будет увеличен до 180 тыс. куб. м., что примерно соответствует 25% мировых потребностей.
«По сути, мы заместим объемы, поставляющиеся ранее двумя украинскими предприятиями, которые сейчас не функционируют», – сказал вице-премьер.
В заявлении Дениса Мантурова также упоминались и другие газы, используемые при производстве полупроводниковой продукции. «Если по неону до конца года – это 10%, до конца следующего года – 25%. А по ксенону и криптону – тоже примерно около 30%», – отметил он, добавив, что в настоящее время Россия уже обеспечивает выпуск более 30% мировых объемов неоно-гелиевой смеси.
Причем здесь Украина
Упомянутые вице-премьером украинские заводы – это «Криоин» и «Ингаз». Эти предприятия обеспечивали выпуск половины общемирового объема неона, согласно подсчетам Reuters.
Как сообщал CNews, оба предприятия остановили производство еще в начале марта 2022 г. на фоне спецоперации на Украине. Аналитики Reuters заявили, что остановка обоих украинских заводов подхлестнет дефицит микросхем, вызванный пандемией коронавируса COVID-19. Нехватка чипов бьет по всем современным сферам деятельности человека.
«Ингаз» базируется в Мариуполе. До начала спецоперации на этом заводе производилось в пределах 20 тыс. кубометров неона в месяц. Он экспортировался в Германию, Китай, США, Тайвань и Южную Корею. 75% произведенного на «Ингазе» объема неона предназначалось исключительно для производства микросхем.
Завод «Криоин» в Одессе ежемесячно выдавал по 10-15 тыс. кубометров неона. Как сообщила Reuters директор завода по развитию бизнеса Лариса Бондаренко, «Криоин» остановил производство в день начала спецоперации, 24 февраля 2022 г. Когда работу прекратил «Ингаз», на момент публикации известно не было.
Выгода для России
Дефицит чего-либо всегда приводит к росту цен, и неон не стал исключением. В середине марта 2022 г. это сырье подорожало в девять раз. В настоящее время происходящее напрямую выгодно Китаю, так как эта страна заранее начала наращивать объемы синтеза неона.
Наряду с этим Китай начал повышать еще и цены на столь нужный всему человечеству газ. Притом дорожать китайский неон стал задолго до начала спецоперации. Например, с октября 2021 г. по начало февраля 2022 г. его цена в этой стране выросла в четыре раза, с первоначальных с 400 до более чем 1600 юаней за кубический метр.
К 24 февраля 2022 г. один кубометр неона стоил 1850 юаней, а к середине марта 2022 г. его цена выросла до 16 тыс. юаней (данные гонконгской газеты South China Morning Post). Эксперты издания считают, что Китай имеет все шансы увеличить свою долю на мировом рынке неона с мартовских 30% до 50%.
По словам генерального директора компании Changzhou Naxin Special Gases по производству газов Чжэня Чена (Chen Zhina), некоторые иностранные потребители газа уже переключились на китайский рынок с целью добиться стабилизации поставок. Если Россия сможет обеспечить большие объемы синтеза высокочистого неона, это может привлечь клиентов со всех стран мира, где этот газ востребован. Однако в конце мая 2022 г. Россия ограничила экспорт инертных газов для производства полупроводников (неон, аргон, гелий) в недружественные страны.
Максимальная импортонезависимость
Денис Мантуров подчеркнул, что новые мощности по производству высокочистого неона будут работать на российском сырье. Неон – это побочный продукт производства стали в России. Сырье, упомянутое вице-премьером, вырабатывается на воздухоразделительных установках отечественных металлургических заводов.
«Среди других высокочистых газов в мировой электронике и космической отрасли также востребованы криптон и ксенон, – добавил Мантуров. – Загрузка российских производителей чистого криптона и ксенона не превышала и 30%, теперь же мы будем перерабатывать все внутри страны, используя ограничения на вывоз сырья и самих инертных газов».
Вице-премьер добавил, что на внешние рынки будет экспортироваться только конечная продукция, и то лишь после рассмотрения властями соответствующих просьб зарубежных партнеров. Это решение было принято российским Правительством. «Поэтому мы ждем от них заявок и готовы будем оперативно рассматривать», – сказал вице-премьер.
Зачем неон для микрочипов?
Современные процессоры изготавливаются методом фотолитографии. Суть данной технологии заключается в получении необходимого рисунка на светочувствительной пленке методом засвета через фотошаблон (маску). Для этого на кремниевую пластину вначале наносится фоторезист, то есть светочувствительная поверхность. Она меняет свои свойства, когда на нее попадает свет определенной волны.
Затем эта пленка засвечивается через маску с заданным рисунком при помощи ультрафиолетового газового лазера. В итоге на фоторезисте отпечатывается рисунок. А причем тут неон, спросите вы? Он является основным инертным газом в газовой смеси, которая обеспечивает необходимую длину волны лазера.
Таким образом, без неона не будут работать лазеры, необходимые для производства чипов.
Вот так мы и получим микрочипы))
Иногда не обязательно производить ту или иную продукцию, чтобы контролировать соответствующий отраслевой рынок. В ряде случаев достаточно просто контролировать важнейший элемент производственной цепочки.
Сегодня вице-премьер Денис Мантуров отчитался Владимиру Путину о запуске в МГТУ имени Баумана комплекса по выработке высокочистого неона. В этом году будет произведено 70 тысяч кубометров неона, что составит 10% мирового рынка, в следующем — уже 180 тысяч, что составит практически 25% мирового рынка. До настоящего момента доля России на мировом рынке составляла не более 1%.
При этом, в России производится около трети сырья для выработки высокочистого неона — неоно-гелиевой смеси. До настоящего момента смесь не направлялась на переработку, а шла на экспорт. В том числе, в Одессу и Мариуполь, где находились производства по переработке неоно-гелиевой смеси и получению чистого неона.
Сохранились старые советские кооперационные связи. Советский Союз далеко продвинулся в лазерных технологиях, пытаясь создать лазерное оружие. В результате были созданы уникальные нишевые предприятия, продукция которых востребована на мировом рынке до сих пор.
Использование неона является неотъемлемой составляющей при производстве микрочипов. Микрочипы производятся путём фотолитографии. Неон является основным инертным газом при использовании лазера, который создает рисунок на кремниевой пластине.
В июне Кремль ввел запрет на экспорт из России инертных газов. Правда, с одной оговоркой. Экспорт возможен только по соответствующим заявкам зарубежных компаний, которые будет рассматривать правительство. Эту информацию на совещании у Президента подтвердил Мантуров:
Теперь мы будем перерабатывать всё внутри страны, используя ограничения на вывоз сырья и самих инертных газов. А на внешние рынки по решению Правительства будем поставлять только конечную продукцию после рассмотрения соответствующей просьбы от наших зарубежных партнёров. Поэтому мы ждём от них заявок и будем готовы оперативно рассматривать.
Подобное означает, что Россия будет предоставлять неон, а также ксенон и криптон исключительно тем предприятиям, которые смогут обеспечить обратные поставки в нашу страну микрочипов и прочей необходимой продукции.
А теперь о масштабах произошедшего.
Как было сказано выше, два главных предприятия мире по производство неона находились в Одессе и в Мариуполе. Оба в настоящий момент по понятным причинам не работают.
Одесское предприятие Cryoin поставляло на мировой рынок 10-15 тысяч кубометров неона в месяц (120-180 тысяч в год).
Мариупольское предприятие Ingas поставляло на мировой рынок 15-20 тысяч кубометров неона в месяц (180-240 тысяч в год).
Суммарно эти два предприятия контролировали порядка 50% мирового рынка неона. А, значит, и производства микрочипов. Кризис на рынке микрочипов в 2020 году начался в том числе из-за проблем с логистикой неона из Одессы и Мариуполя.
Практически вся продукция этих двух предприятий шла на Тайвань — мирового лидера по производству микрочипов. И вот теперь возникает вопрос: а будет ли Россия экспортировать неон на Тайвань, учитывая введенные островом ограничения на продажу в нашу страну микрочипов? Что-то нам подсказывает, что нет.
Неон направится в дружественные государства, в то время, как на тайваньскую TSMS поступать не будет.
Возьмём еще один пример. Голландскую компанию ASML, которая является единственным в мире производителем машин с экстремальным ультрафиолетовым излучением (EUV), необходимых для производства 7 нанометровых чипов. Значительная часть поставок неона осуществлялась из Одессы и Мариуполя. Теперь ASML будет вынужден, как минимум, сократить производство. А, значит, технологический прогресс в создании микрочипов на Тайване затормозится.
Всё это даёт отличный шанс иным производителям, которые будут обеспечены необходимыми компонентами в цепочке, сократить отставание и, возможно, вырваться вперёд. Разумеется, в первую очередь речь идёт о Китае.
Правда, учитывая то, что неон из России будет экспортироваться только по специальным разрешениям, мы можем только предположить, что будет предоставлено взамен. Помимо поставок непосредственно готовой продукции это может быть создание предприятий по производству чипов на территории России, предоставление технологий и любые иные виды сотрудничества.
Много информации на этот счёт мы вряд ли узнаем. Но из той, которая находится в открытых источниках, можно сделать однозначный вывод, что игра идёт серьёзная.